01 Was ist Puls-Code-Modulation – PCM?

Puls-Code-Modulation – Wikipedia

Puls-Code-Modulation, kurz PCM, ist ein Verfahren, das ein zeit- und wertkontinuierliches analoges Signal in ein zeit- und wertdiskretes digitales Signal umsetzt.

  1. Abtastung des analogen Signals mit einer zeitlich konstanten Abtastrate. Die Abtastrate muss mehr als doppelt so groß sein, wie die im Signalverlauf höchste vorkommende Frequenzkomponente ist.
  2. Danach erfolgt eine Quantisierung auf diskrete Werte mit endlich vielen Stellen. Die Quantisierung ordnet einem bestimmten Wertebereich ein bestimmtes Symbol zu.
  3. Erzeugung des Digitalsignals durch Zuordnung der einzelnen Symbole mittels Codierung. In vielen praktischen Anwendungen wird bei der PCM der Binärcode gewählt.

Begriffe

Abtastrate – Abtastfrequenz – Samplingrate – Samplerate – Samplingfrequenz

Die Abtastrate oder Abtastfrequenz, auch Samplingrate, Samplerate oder Samplingfrequenz, ist  die Häufigkeit, mit der ein Analogsignal  in einer vorgegebenen Zeit abgetastet wird. Die Einheit ist Hertz (Hz). Für das Abtasten der menschlichen Sprache sind 8000 Hz erforderlich. Für Audio-CDs wird eine Abtastrate von 44,1 kHz benutzt.

Sample

Das Sample ist der ermittelte/abgetastete Wert pro Zeiteinheit pro Kanal. Er wird in Bits bzw. Byte angegeben.

  • 8-Bit: die Abgetasteten Werte werden in den Bereich 0 .. 256 bzw. -127 … 0 … 127 umgesetzt.
  • 16-Bit: die Abgetasteten Werte werden in den Bereich -32768 … 0 … 32767 umgesetzt.

Datenrate

Pro Kanal (Mono/Stereo/5.1/ etc.) wird jeweils ein Sample (8-Bit/1 Byte, 16-Bit/2 Byte etc.) errechnet. Die Datenrate ist die Gesamtzahl der Samples pro Zeiteinheit.